اسرار فضا: آیا خورشید در منظومه شمسی حرکت می‌کند؟

به‌طور کلی، خورشید موقعیت ساکنی ندارد. برای مثال، می‌دانیم ستاره ما با سرعت خیره‌کننده ۷۲۰ هزار کیلومتر بر ساعت دور مرکز کهکشان راه شیری می‌گردد و کل منظومه شمسی را به همراه خود می‌کشاند.

در طول روز، از دید ما چنین به‌نظر می‌رسد که خورشید حرکت می‌کند. خورشید از آسمان روی زمین عبور می‌کند و طلوع و غروب را به ما هدیه می‌دهد. بااین‌حال، این حرکت نتیجه چرخش زمین است و حاصل حرکت واقعی خورشید نیست. علاوه‌براین، در طول یک سال زمینی، یعنی همان ۳۶۵٫۳ روز آشنا، موقعیت خورشید از دید ما در آسمان تغییر می‌کند. با‌این‌حال، این هم نتیجه حرکت واقعی خورشید نیست، بلکه نتیجه انحراف محوری زمین یا این واقعیت است که سیاره ما دارای مداری بیضی‌شکل است و بنابراین در طول سال گاهی به خورشید نزدیک‌تر است.

مدت زمانی که طول می‌کشد سیاره‌ای یک دور کامل دور خورشید بچرخد، طول سال آن را تعیین می‌کند. کوتاه‌ترین سال متعلق به نزدیک‌ترین سیاره به خورشید یعنی عطارد است. سال عطارد معادل ۸۸ روز زمینی است. طولانی‌ترین مدار سیاره‌ای در منظومه ما به نپتون تعلق دارد که یک سال آن ۶۰۱۸۲ روز زمین (۱۶۴٫۸ سال زمین) طول می‌کشد.

اما پاسخ کوتاه به سؤال اصلی ما این است که موقعیت خورشید درون منظومه شمسی تغییر می‌کند، اگرچه به مقدار ناچیز. این حرکت نوسانی محدود یا تاب‌برداشتن ناشی از تأثیر گرانشی سیاره‌هایی است که دور خورشید می چرخند.

پاتریک آنتولین، از دانشگاه نورث آمبریا که در پدیده‌های مرتبط با خورشید تخصص دارد، گفت: «حرکت همیشه نسبت‌ به چارچوب مرجع سنجیده می‌شود. منظومه شمسی دور مرکز کهکشان راه شیری می‌چرخد، اما حتی در چارچوب منظومه شمسی، خورشید کاملاً ساکن نیست و علت آن تعاملات گرانشی با اجرام دیگری است که در منظومه قرار دارند.»

نتیجه خالص همه موارد فوق این است که سیاره‌های منظومه شمسی درواقع دور ستاره خود نمی‌چرخند. در عوض، خورشید و هر سیاره دیگری دور نقطه‌ی گرانش متقابلی معروف به مرکز سنگینی سراسری (barycenter) می‌چرخند که محل آن توسط جرم اجسام مورد نظر تعیین می‌شود.

از آنجا که جرم خورشید بسیار بیشتر از سیاره‌ها است، این مراکز سنگینی سراسری در اعماق خورشید قرار دارند‌. اگر جرم سیاره‌ای کم باشد، مرکز سنگینی سراسری که سیاره دور آن می‌چرخد، به مرکز خورشید نزدیک‌تر می‌شود و هرچه این مراکز سنگینی سراسری به مرکز خورشید نزدیک‌تر باشد، خورشید به‌خاطر گردش آن کمتر دچار نوسان می‌شود.

آنتولین گفت: «با تقریب خوبی می‌توان از کشش گرانشی کوچک سیاره‌های دیگر چشم‌پوشی کرد. اگرچه، ابزار و نظریه ما به اندازه کافی پیشرفته و دقیق است که می‌توانیم انحرافات کوچک ناشی از این کشش‌های گرانشی اضافی را که اجرام دیگر بر خورشید اعمال می‌کنند و خصوصاً آن‌چیزی را که توسط مشتری ایجاد می‌شود که نسبت به کل سیاره های دیگر منظومه شمسی جرم بیشتری دارد، تشخیص دهیم.»

جرم خورشید حدود هزار برابر جرم مشتری است که پنجمین سیاره منظومه شمسی است، بنابراین اثر این غول گازی روی خورشید در مدار ۱۲ ساله‌اش به دور آن، از ۶۴ کیلومتربرساعت تاب‌ برداشتن بیشتر نیست.

تکان‌های ستاره‌ای ناشی از سیاره‌های در حال گردش با تغییر در طول موج نوری که تولید می‌کنند، قابل تشخیص است. بنابراین، می‌توان از اثر دوپلر برای تشخیص سیاره‌هایی که دور ستاره‌های خارج از منظومه شمسی در گردش هستند (سیاره‌های فراخورشیدی) استفاده کرد.

وقتی ستاره‌ای تاب می‌بردارد، طول موج نور آن کشیده می‌شود و وقتی حرکت آن از زمین دور می‌شود، قرمزتر می‌شود. این پدیده به «انتقال به سرخ» معروف است. وقتی ستاره‌ای به سمت زمین حرکت کند، طول موج آن فشرده می‌شود و رنگ آن آبی‌تر می‌شود که همان‌طور که انتظار می‌رود به آن «انتقال به آبی» گفته می‌شود. از این اثر نه‌تنها می‌توان برای تشخیص تکان‌های ستاره‌ای و بنابراین، تشخیص حضور سیاره فراخورشیدی استفاده کرد، بلکه می‌توان از آن برای اندازه‌گیری برخی از خواص اجرام در منظومه‌های سیاره‌ای دور نیز بهره برد.

اگر بتوان تکان خوردن و همچنین سرعت اجرام را تشخیص داد، می‌توان جرم و فاصله بین هر یک را به دست آورد. این روش را می‌توان برای هر منظومه ستاره‌ای که در آن می‌توانیم نوسان را تشخیص دهیم و سرعت اجرام در گردش را اندازه‌گیری کنیم به کار برد. البته وقتی بیش از دو جرم عظیم درگیر باشند، پیچیدگی‌های بیشتری وجود خواهد داشت، اما مدل‌های عددی اغلب به پیدا کردن محتمل‌ترین تعداد سیاره‌های درگیر در نوسان کمک می‌‌کنند.